TCVN 13861:2023 về gối chỏm cầu

Trong xây dựng cầu đường bộ, bộ phận gối chỏm cầu có khả năng đáp ứng góc xoay lớn nhờ phần tử quay hình chỏm cầu, bề mặt lồi bằng thép không gỉ xoay trên tấm thép cacbon lõm được phủ bằng tấm polytetrafluoroethylen (PTFE) hoặc tấm dệt PTFE.

Gối chỏm cầu cố định chỉ cho phép đầu kết cấu nhịp có chuyển dịch quay và không cho phép chuyển dịch đơn hướng hoặc đa hướng. Gối chỏm cầu di động cho phép đầu kết cấu nhịp vừa có thể chuyển dịch quay, vừa có thể chuyển dịch đơn hướng hoặc đa hướng. Gối chỏm cầu di động đơn hướng cho phép đầu kết cấu nhịp vừa có thể chuyển dịch quay, vừa có thể chuyển dịch theo một hướng nhất định. Gối chỏm cầu di động đa hướng cho phép đầu kết cấu nhịp vừa có thể chuyển dịch quay, vừa có thể chuyển dịch theo tất cả các hướng.

Để công trình đảm bảo chất lượng, bền vững trong quá trình thiết kế và xây dựng cầu đường bộ thì bộ phận gối chỏm cầu nên đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật theo hướng dẫn tại Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 13861:2023 gối chỏm cầu - yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử do Bộ Giao thông vận tải đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Phạm vi áp dụng của tiêu chuẩn này là hướng dẫn các yêu cầu và phương pháp thử của gối chỏm cầu với lực đẩy ngang lớn nhất bằng 10 % của lực nén thẳng đứng, áp dụng cho việc thử nghiệm, kiểm tra, đánh giá chất lượng của gối chỏm cầu dùng trong xây dựng cầu đường bộ. 

Trong tiêu chuẩn này, các yêu cầu đưa ra chỉ là mức tối thiểu để sản xuất gối chỏm cầu. Có thể tăng các giá trị tối thiểu này theo các tiêu chuẩn thiết kế khác. Tiêu chuẩn này không có mục đích chỉ ra các vấn đề về an toàn lao động, trước khi tiến hành công tác thí nghiệm, người sử dụng tiêu chuẩn này phải đề ra các biện pháp phù hợp để đảm bảo an toàn cho người thực hiện.

Yêu cầu về phân loại căn cứ vào tính chất làm việc, gối chỏm cầu được chia ra thành những loại gồm gối chỏm cầu cố định; gối chỏm cầu di động. Trong đó gối di động gồm gối chỏm cầu di động đơn hướng và gối chỏm cầu di động đa hướng. 

Chỏm cầu được làm từ thép không gỉ với một mặt được gắn tấm PTFE, một mặt cong để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xoay. Tấm PTFE được gắn chìm vào khối thép và có chứa chất bôi trơn đặc biệt để đảm bảo bôi trơn cho các bề mặt trượt. Bản chịu tải bao gồm tấm bên trên và tấm đế. Bản chịu tải có thể có hoặc không có thanh dẫn hướng với tấm thép không gỉ để trượt hoặc có mặt cong được bao phủ tấm PTFE để đảm bảo truyền lực ngang hay dọc một cách an toàn.

Thiết kế và thi công gối chỏm cầu nên tuân theo tiêu chuẩn để đáp ứng những yêu cầu kỹ thuật quy định. Ảnh minh họa

Gối chỏm cầu cố định bao gồm tấm bên trên có vành chặn để hạn chế sự dịch chuyển về mọi hướng, bên dưới là chỏm cầu và tấm đế. Để tạo điều kiện thuận lợi cho cấu kiện truyền lực và xoay, bề mặt tiếp xúc phía trên và dưới của chỏm cầu có gắn các tấm PTFE hoặc vật liệu thích hợp khác, được bôi trơn bằng vật liệu thích hợp.

Gối chỏm cầu đơn hướng bao gồm tấm bên trên, chỏm cầu và tấm đế. Để tạo điều kiện thuận lợi cho dịch chuyển theo một hướng nhất định, bề mặt trên của chỏm cầu được phủ một tấm PTFE đỡ tấm bên trên trượt ở mặt trên của gối. Bề mặt tiếp xúc của tấm bên trên và chỏm cầu được phủ một lớp thép không gỉ để giảm hệ số ma sát. Để hạn chế chuyển dịch theo hướng còn lại, có thể sử dụng thanh dẫn hướng hoặc hệ thống khóa. Thanh dẫn hướng có thể được chế tạo ở hai bên của gối hoặc ở chính giữa gối.

Gối chỏm cầu đa hướng bao gồm tấm bên trên, chỏm cầu và tấm đế. Để tạo điều kiện thuận lợi cho dịch chuyển theo tất cả các hướng, bề mặt trên chỏm cầu được phủ một tấm PTFE đỡ tấm bên trên. Bề mặt tiếp xúc của tấm bên trên và chỏm cầu được phủ một lớp thép không gỉ để giảm hệ số ma sát.

Quy định kỹ thuật về vật liệu thép được sử dụng cho tất cả các tấm đế, tấm bên trên, thanh dẫn hướng, vành chặn phải là thép kết cấu thỏa mãn các yêu cầu của TCVN 9986-2:2013 hoặc tương đương. Tất cả bề mặt lộ ra ngoài phải được mạ kẽm, có độ dày tối thiểu 0,152 mm hoặc được xử lý bằng các hệ thống sơn phù hợp với độ dày màng sơn theo quy định.

Thép không gỉ phải có bề mặt trượt phẳng không gỉ dạng tấm được sử dụng để chế tạo bề mặt trượt tiếp xúc với PTFE phải thỏa mãn các yêu cầu của ASTM A240/A240M, loại 304 hoặc tương đương, độ bóng bề mặt hoàn thiện đạt 0,5 μm. Thép không gỉ được sử dụng để chế tạo bề mặt lồi tiếp xúc với PTFE phải thỏa mãn các yêu cầu của ASTM A240/A240M, loại 304 hoặc tương đương, độ bóng bề mặt hoàn thiện đạt 0,5 μm hoặc nhỏ hơn.

Tấm dệt PTFE được chế tạo từ PTFE nguyên chất có gia cố các sợi định hướng có hoặc không có lớp nền cường độ cao. Độ dày của tấm dệt PTFE ở trạng thái tự do phải tối thiểu 2,38 mm khi được đo theo ASTM D1777. Độ dày của tấm dệt PTFE đã được dính bám dưới tác dụng áp lực thẳng đứng phải tối thiểu như sau: 1,59 mm khi chịu tài trọng từ 0 MPa đến 24,1 MPa; 1,19 mm khi chịu tải trọng từ 24,1 MPa đến 31,0 MPa.

Tấm dệt PTFE phải được liên kết cơ học với nhau và khóa với nền có gờ bằng keo epoxy để ngăn cản sự dịch chuyển. Việc sử dụng hệ thống khóa liên kết cơ học cùng với keo epoxy làm tăng độ bền liên kết, ngăn chặn sự dịch chuyển của tấm PTFE. Tất cả các mép phải được làm phẳng để không bị lộ ra ngoài.

Tấm PTFE phải là vật liệu nguyên chất (không được tái chế), thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật của ASTM D1457. PTFE phải chịu được axit, kiềm, các sản phẩm dầu mỏ và không hấp thụ nước. Nó phải ổn định ở nhiệt độ lên đến 260 °C và phải không dễ cháy. Khi bề mặt PTFE được sử dụng cho thanh dẫn hướng, vật liệu độn phải được làm từ sợi thủy tinh hoặc sợi cacbon. Chiều dày của tấm PTFE phải tối thiểu bằng 3,17 mm và phải được làm lõm vào ít nhất một nửa chiều dày của nó. PTFE sử dụng là bề mặt trượt chính và cho các thanh dẫn hướng phải thỏa mãn các yêu cầu quy định

Quy định chung về yêu cầu thiết kế các chi tiết gối phải được thiết kế phù hợp với các yêu cầu của TCVN 11823 hoặc các tiêu chuẩn thiết kế được chấp thuận khác. Các cấu kiện quay bán kính chỏm cầu phải được xác định sao cho gối phải ổn định trong mọi điều kiện chịu tải. Phải ngăn chặn sự trượt ra của các bề mặt hình cầu cong thông qua các hệ thống hạn chế chuyển dịch được thiết kế đặc biệt hoặc bằng cách điều chỉnh bán kính hình cầu.

Tấm dệt PTFE phải được liên kết cơ học với nền thép. Hệ thống liên kết epoxy sẽ được sử dụng để tăng tính an toàn. Sau khi hoàn thành quá trình liên kết, bề mặt PTFE phải nhẵn và không có vết phồng rộp, bong bóng và dấu hiệu cho thấy thiếu sự liên kết của PTFE.

Thanh dẫn hướng phải được sản xuất từ thép nguyên khối. Tất cả các bề mặt chịu tải của gối khi tiếp xúc với nhau phải được làm phẳng. Khe hở lớn nhất giữa chúng với thước thẳng đặt áp sát xoay theo các phương không vượt quá 0,13 mm trên 305 mm tính từ điểm tì thước.

Yêu cầu kỹ thuật của gối áp dụng cho tất cả các loại gối chỏm cầu (gối chỏm cầu cố định, gối chỏm cầu đơn hướng, gối chỏm cầu đa hướng). Gia tải lên gối đến 150 % lực nén thiết kế lớn nhất. Giữ tải trọng này trong 1 h. Sau khi thử nghiệm, không được có vết nứt, phân tách hoặc biến dạng vĩnh cửu của PTFE, thép không gỉ, các thành phần khác hoặc mối hàn.

Hệ số ma sát chỉ áp dụng cho gối chỏm cầu di động (gối chỏm cầu đơn hướng, gối chỏm cầu đa hướng). Gia tải lên gối đến 100 % lực nén thiết kế lớn nhất và giữ tải trọng này trong thời gian tối thiểu 12 h để đánh giá độ bền của bề mặt trượt. Sau khi thử nghiệm lực đầy ngang không được có vết nứt, phân tách hoặc biến dạng vĩnh cửu của thép không gỉ, các thành phần khác hoặc mối hàn.

Quá trình báo cáo kết quả thử nghiệm phải bao gồm các thông tin về loại, nguồn gốc gối chỏm cầu; ngày lấy mẫu, ngày thử nghiệm; các khuyết tật nếu có; lực nén thiết kế lớn nhất; lực đẩy ngang yêu cầu, lực đẩy ngang thử nghiệm; mô tả tình trạng gối sau khi thử nghiệm; người thử nghiệm, cơ sở thử nghiệm.